Báo cáo Chi tiết: Giải pháp Hydro để Khử Carbon trong Ngành Thép và Xi măng (Dựa trên bài thuyết trình của tiến sĩ Hao Ngo từ NEUMAN & ESSER)
Biên soạn cho: Các bên liên quan trong ngành Thép, Xi măng, Xây dựng và Năng lượng sạch tại Hội thảo VAHC về Hydro sạch dành cho các ngành khó giảm phát thải tổ chức tại TP HCM vào ngày 27/6/2025
Người trình bày: Tiến sĩ Hảo Ngô (NEUMAN & ESSER)
Ngày: 27 tháng 6 năm 2025
Tổng quan
NEUMAN & ESSER (NEA), tận dụng bề dày hơn 190 năm kinh nghiệm kỹ thuật và hàng thập kỷ trong lĩnh vực nén hydro, đề xuất hydro như một giải pháp then chốt để khử carbon trong các ngành công nghiệp thép và xi măng vốn có lượng phát thải cao. Hai ngành này đóng góp ~15% lượng khí thải CO₂ toàn cầu, chủ yếu từ các quy trình hóa học cố hữu và sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Hydro mang lại giải pháp loại bỏ khí thải từ quy trình sản xuất thép và giảm đáng kể khí thải đốt cháy trong sản xuất xi măng. Triển khai thành công đòi hỏi đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ tinh khiết, áp suất, an ninh cung cấp và tích hợp hạ tầng. Khử carbon trong thép và xi măng có thể giảm dấu chân carbon của ngành xây dựng khoảng 50%, đây là bước tiến lớn hướng tới trung hòa khí hậu toàn cầu.
1. Giới thiệu về NEUMAN & ESSER (NEA)
-
Truyền thống: Thành lập năm 1830 tại Aachen, Đức; được điều hành bởi gia đình Peters từ năm 1891.
-
Năng lực Cốt lõi: Chuyên môn hàng đầu thế giới về nén khí (bao gồm nhiều thập kỷ trong lĩnh vực hydro).
-
Phạm vi Toàn cầu: Tập đoàn trị giá 400 triệu Euro; 30 công ty hoạt động tại 10 quốc gia chiến lược; ~1.600 nhân viên.
-
Ứng dụng Đa dạng: Hoạt động trên nhiều lĩnh vực: năng lượng (Dầu khí, Power-to-X), hóa chất, năng lượng tái tạo, vận tải, và khí công nghiệp.
-
Trọng tâm Hydro: Cung cấp giải pháp hydro tích hợp, bao gồm Máy điện phân PEM NEA|HYTRON.
2. Yêu cầu Khẩn cấp về Khí hậu & Thách thức Công nghiệp
-
Mục tiêu EU: Giảm 55% phát thải KNK vào năm 2030 (so với 1990); Đạt trung hòa khí hậu vào năm 2050.
-
Tầm quan trọng của Thép & Xi măng: Chịu trách nhiệm chung cho ~15% lượng phát thải CO₂ toàn cầu.
-
Thách thức Khử carbon:
-
Phát thải Cố hữu trong Quy trình:
-
Thép: CO₂ từ quá trình khử quặng sắt bằng cốc (
Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO₂). -
Xi măng: CO₂ giải phóng khi nung đá vôi (
CaCO₃ → CaO + CO₂).
-
-
Tuổi thọ Thiết bị Dài: Nhà máy vận hành 20-40 năm, cản trở thay thế công nghệ nhanh chóng.
-
Thiếu Giải pháp Thay thế Khả thi: Các giải pháp carbon thấp khả thi về kinh tế và có thể mở rộng còn hạn chế.
-
3. Hydro như Giải pháp Khử carbon
3.1. Trong Ngành Thép:
-
Cơ chế: Hydro thay thế cốc làm chất khử (
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O), loại bỏ CO₂ từ quy trình. -
Lộ trình: Tương thích với nhà máy Sắt khử trực tiếp (DRI) kết hợp Lò hồ quang điện (EAF). Có thể nâng cấp các nhà máy hiện có.
-
Dự án Tiêu biểu: SALCOS® (Salzgitter), tkH₂Steel® (Thyssenkrupp, Duisburg).
-
Ưu điểm so với Giải pháp Khác: Giải pháp khử carbon thực sự cho quy trình khử cốt lõi, không giống như Thu giữ và Lưu trữ Carbon (CCS) chỉ quản lý phát thải, hoặc sinh khối gặp vấn đề về khả năng mở rộng/tính bền vững.
3.2. Trong Ngành Xi măng:
-
Cơ chế: Thay thế nhiên liệu hóa thạch (than, cốc dầu mỏ) dùng để nung lò quay (~1450°C), giảm CO₂ từ đốt cháy. Có thể vận hành kết hợp với nhiên liệu thay thế.
-
Ưu điểm:
-
Giảm trực tiếp nguồn phát thải chính (~40% CO₂ của xi măng).
-
Cho phép sản xuất phi tập trung tại chỗ (ví dụ: qua điện phân PEM).
-
-
Ưu điểm so với Giải pháp Khác: Trực tiếp và có khả năng mở rộng hơn CCS cho khí thải đốt cháy; tránh lo ngại về tính bền vững của một số loại sinh khối; bổ sung cho lợi ích từ hiệu quả vật liệu.
4. Yêu cầu Thiết yếu cho Triển khai Hydro
4.1. Yêu cầu của Ngành Thép:
-
Số lượng: Nhu cầu cao (~50-60 kg H₂ trên mỗi tấn thép). Ví dụ: Nhà máy công suất 2.5 triệu tấn/năm cần ~400 tấn H₂/ngày.
-
Độ tinh khiết: > 99.9% là bắt buộc. Tạp chất (CO, CO₂, hợp chất S) có thể:
-
Làm giảm chất lượng luyện kim của thép.
-
Gây ăn mòn/giòn.
-
Phá vỡ các phản ứng ở nhiệt độ cao.
-
-
Áp suất: Phạm vi điển hình 30-100 bar. Cần thiết để kiểm soát dòng khí vào lò phản ứng, tối ưu tốc độ phản ứng và giảm thể tích để lưu trữ/vận chuyển.
-
An ninh Cung cấp: Nguồn cung liên tục, không gián đoạn là bắt buộc để tránh ngừng sản xuất hoặc vấn đề chất lượng.
-
Tích hợp Hạ tầng: Yêu cầu chuyển đổi từ lò cao sang hệ thống DRI/EAF – đòi hỏi đầu tư và kế hoạch dài hạn đáng kể.
4.2. Yêu cầu của Ngành Xi măng:
-
Năng lượng & Đặc tính Ngọn lửa: Phải cung cấp đủ nhiệt và đặc tính ngọn lửa ổn định cho lò nung.
-
An ninh & Liên tục Cung cấp: Cần nguồn cung ổn định để vận hành lò liên tục.
-
Áp suất & Lưu lượng: Áp suất/lưu lượng phù hợp để tích hợp với hệ thống vòi đốt và xử lý nhiên liệu.
-
Độ tinh khiết: Đủ tinh khiết để tránh hư hại lớp lót lò hoặc ảnh hưởng chất lượng clinker.
-
Tích hợp Hạ tầng: Cần điều chỉnh vòi đốt và hệ thống nhiên liệu hiện có.
-
Hiệu quả Chi phí: Yếu tố quan trọng để ứng dụng do áp lực chi phí trong ngành.
5. Giải pháp Đề xuất của NEUMAN & ESSER: NEA|HYTRON
-
Giải pháp Cốt lõi: Máy điện phân PEM NEA|HYTRON được định vị là giải pháp trọn gói (turn-key).
-
Ưu điểm Chính: Cung cấp hydro độ tinh khiết cao (>99.9%) thiết yếu cho ứng dụng sản xuất thép.
-
Tận dụng Lợi thế: Phát huy năng lực cốt lõi lâu đời của NEA về nén khí để xử lý hydro sau sản xuất (nén để lưu trữ, vận chuyển và sử dụng ở áp suất yêu cầu).
-
Giá trị Cốt lõi: Cung cấp giải pháp tích hợp (điện phân + nén) được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe cho quá trình khử carbon công nghiệp.
6. Tác động đến Ngành Xây dựng
-
Phát thải Hiện tại: Xây dựng chiếm ~34% lượng phát thải CO₂ toàn cầu.
-
Vật liệu Chiếm Ưu thế: Xi măng (~8%) và Thép (~9%) là những nguồn phát thải lớn nhất trong ngành.
-
Tiềm năng Khử carbon: Khử carbon hoàn toàn xi măng và thép có thể giảm dấu chân carbon của ngành xây dựng khoảng 50%.
-
Thách thức Còn lại: Ngay cả sau khi khử carbon vật liệu, ngành vẫn cần giải quyết:
-
Phát thải từ vận chuyển, máy móc và sử dụng năng lượng tại công trường.
-
Phát thải từ các vật liệu khác (ví dụ: kính, nhựa).
-
Phát thải vận hành công trình (sưởi ấm, làm mát, điện).
-
-
Cơ hội: Đây là đòn bẩy hành động khí hậu lớn thông qua đổi mới vật liệu và chiến lược kinh tế tuần hoàn trong xây dựng.
7. Kết luận
Hydro không chỉ là một giải pháp thay thế mà là giải pháp cần thiết để khử carbon sâu trong ngành thép và xi măng, giải quyết lượng phát thải cố hữu từ quy trình. NEUMAN & ESSER, với chuyên môn đã được chứng minh trong xử lý và nén hydro, định vị máy điện phân PEM NEA|HYTRON như một chất xúc tác chính. Thành công phụ thuộc vào việc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe (độ tinh khiết, áp suất, cung ứng) và vượt qua thách thức chuyển đổi hạ tầng. Phần thưởng tiềm năng là rất lớn: cắt giảm một nửa dấu chân phát thải của ngành xây dựng và đóng góp đáng kể vào mục tiêu trung hòa khí hậu toàn cầu năm 2050. Sự hợp tác giữa ngành công nghiệp, nhà cung cấp công nghệ và các nhà hoạch định chính sách là cần thiết để đẩy nhanh quá trình chuyển đổi này.
Câu hỏi Mở / Lĩnh vực Cần Thảo luận Thêm:
-
Tính Cạnh tranh Chi phí: Phân tích kinh tế chi tiết về sản xuất hydro xanh (qua điện phân PEM) so với quy trình hiện tại và các giải pháp khử carbon khác (CCS, sinh khối).
-
Mở rộng Năng lượng Tái tạo: Đảm bảo đủ điện tái tạo hiệu quả chi phí để cung cấp cho điện phân quy mô lớn phục vụ công nghiệp.
-
Hạ tầng Hydro: Phát triển mạng lưới lưu trữ H₂ (ví dụ: hang muối) và vận chuyển (đường ống, vận tải biển) quy mô lớn đến các trung tâm công nghiệp.
-
Khung Pháp lý: Cơ chế chính sách (định giá carbon, trợ cấp, quy định) cần thiết để khuyến khích đầu tư vốn lớn.
-
Đặc thù Xi măng: Tỷ lệ phối trộn hydro tối ưu, tác động lâu dài đến chất lượng clinker/lớp chịu lửa lò, và hiệu suất tổng thể hệ thống.
Vui lòng liên hệ contact@vahc.com.vn để nhận bài thuyết trình đầy đủ
